《房屋建筑构造》-第二章　基础与地下室

第一节地基与基础一、地基、基础及其与荷载的关系基础是建筑物与土层直接接触的部分，是建筑物地面以下的承重构件，是建筑的下部结构。其承受建筑物上部结构传递的全部荷载，并将这荷载连同自身的重量一并传递给地基。地基是承受由基础传递荷载的岩、土体，它本身不是建筑物的组成部分。地基承受建筑物荷载产生的应力和应变随着土层深度的增加而减小，在达到一定深度后可忽略不计。直接承受建筑物荷载的土层称为持力层；持力层以下的土层称为下卧层，如图２-１所示。地基每平方米所能承受的最大压力，称为地基承载力。其是由地基土本身的特性决定的。下一页返回第一节地基与基础二、地基的分类地基按土层性质的不同，可分为天然地基和人工地基两大类。（１）天然地基。凡天然土层具有足够的承载能力，不需经过人工加固或改善，可其上部建筑房屋的土层称为天然地基。岩石、碎石、砂土黏性土等，一般均可作为天然地基。一般天然地基的土层分布及承载力大小由勘测部门实测提供。（２）人工地基。当天然土层承载力较弱或虽然土层质地较好，但上部荷载过大时，为使地基具有足够的承载力和稳定性，必须对其进行人工加固。这种经过人工处理的土层称为人工地基。上一页下一页返回第一节地基与基础三、地基与基础的设计要求（一）地基的设计要求（１）地基应有足够的承载能力，并优先选择天然地基。（２）要求地基承载力均匀，保障建筑物基础在荷载作用下沉降均匀，不致失稳。若地基下沉不均匀，建筑物上部极易出现墙体开裂、变形甚至破坏。（３）地基应具有防止建筑物产生滑移、倾斜的能力，必要时应设挡土墙，以防止滑坡变形的出现。（４）建造选址时，应选择土质优良的地基进行建设，来降低土方开挖与地基处理的成本。上一页下一页返回第一节地基与基础（二）基础的设计要求基础作为建筑物的重要组成部分，是建筑物的主要承重构件，处在建筑物地面以下，属于隐蔽工程。基础质量的好坏，直接关系着建筑物的安全问题。设计时，应满足以下要求：（１）强度方面。基础应具有足够的承载力来承受和传递整个建筑物的荷载。（２）耐久性方面。基础常年处于土壤的潮湿环境中，建成后的检查加固非常复杂和困难。因此，基础在设计选材时就应注意与上部结构的耐久性和使用年限相适应，并且要求严格施工，不留隐患。（３）经济性方面。基础工程占房屋建筑工程总造价的１０％～４０％，选择合适的基础方案，争取做浅基础，采用先进的施工技术，就地取材，降低造价。上一页返回第二节基础的埋置深度及其影响因素一、基础的埋置深度基础埋置深度是指室外设计地坪至基础底面的垂直距离（不含垫层厚度），简称基础埋深，如图２-２所示。根据基础埋置深度的不同，人们习惯上把基础分为浅基础和深基础。浅基础是指基础埋深一般小于基础宽度或小于等于５ｍ的基础；深基础一般是指基础埋深大于其基础宽度且大于５ｍ的基础。从施工和造价方面考虑，浅基础通常是基坑大开挖，施工方法简单，造价低；深基础需借助于专门的施工机械，施工工艺比较复杂，造价较高。所以，一般民用建筑的基础应优先选用浅基础。但基础埋深最小不能小于０．５ｍ，否则地基受到压力后可能将四周土挤走，使基础滑移失稳；同时，易受到各种侵蚀、雨水冲刷、机械破坏而导致基础暴露，造成建筑的安全隐患。下一页返回第二节基础的埋置深度及其影响因素二、基础埋置深度的影响因素（１）建筑物的使用要求、基础形式及荷载。当建筑物设置地下室、设备基础或地下设施时，基础埋深应满足其使用要求。一般高层建筑为满足稳定性的要求，其基础埋深为地上部分总高度的１／１０以上；当建筑物的荷载较大或受到上拔力时，基础应加大埋深。（２）工程地质和水文地质条件。基础应尽量选择常年未经扰动且坚实、平坦的土层，俗称“老土层”。而在接近地表的土层内，常带有大量植物根、茎的腐殖质或垃圾等，不宜作为地基。存在地下水时，基础宜埋置在地下水位以上，这样可以节省造价。当必须埋置在地下水位以下时，应考虑将基础底面埋置在最低地下水位以下不小于２００ｍｍ处。上一页下一页返回第二节基础的埋置深度及其影响因素必要时，基础应采取防止地下水腐蚀的措施，因为避开了地下水位变化的范围，从而减少和避免地下水的浮力对基础的影响，如图２-３所示。（３）土的冻结深度的影响。应根据当地气候条件了解土层的冻结深度。基础应埋置在冰冻线以下不小于２００ｍｍ处。否则细粒土具有冻胀现象，冬季土冻胀会将基础向上拱起，土层解冻，基础又下沉，使基础处于不稳定状态。冻融的不均匀使建筑物产生变形，严重时产生开裂等破坏情况，如图２-４所示。上一页下一页返回第二节基础的埋置深度及其影响因素（４）相邻建筑物的埋深。新建建筑物基础埋深不宜大于相邻原基础埋深。当埋深大于原有建筑物基础时，基础间的净距应根据荷载大小和性质等确定，一般为相邻基础底面高差的１～２倍。如不能满足时应采取加固原有地基或分段施工、设临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措施，如图２-５所示。（５）其他方面要求。为保护基础，一般要求基础顶面低于设计地面不少于０．１ｍ，地下室或半地下室基础的埋深则应结合建筑设计的要求确定。上一页返回第三节基础的类型基础类型很多，主要根据建筑物的结构类型、体量高度、荷载大小、地质水文和地方材料供应等因素来确定。一、基础按材料及受力特点分类房屋基础形式种类很多，按材料及受力特点可分为无筋扩展基础（如毛石基础、混凝土基础等）和扩展基础两大类。（一）无筋扩展基础（旧称刚性基础）无筋扩展基础是指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。下一页返回第三节基础的类型无筋扩展基础所用材料的抗压强度好，抗拉、抗弯、抗剪等强度较低。建筑上部结构的压力在基础中的传递是沿一定角度分布的，这个传力角度用α表示，称为刚性角（又称压力分布角或无筋扩展角）。为使基础单位面积所传递的力与地基允许承载力相适应，在基础底部通常采用台阶的形式逐渐扩大其传力面积，这种逐步扩展的台阶称为大放脚。根据每步放脚的高度是否相等，可分为等高式和不等高式两种。等高式大放脚，每砌筑两皮砖收进一次，每次每边收进１／４砖长；不等高式大放脚，每砌筑两皮砖收进一次与每砌筑一皮砖收进一次相间，每次每边收进１／４砖长，最下一层为两皮砖，如图２-６所示。上一页下一页返回第三节基础的类型为保证基础不致被拉裂，基础的宽高比（b／H）或其刚性角α应控制在一定的范围之内，具体见表２-１。无筋扩展基础的受力、传力特点如图２-７所示。图２-８所示为常见无筋扩展基础的类型及适用范围。（二）扩展基础将上部结构传来的荷载，通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求，这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。其主要是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。基础底板外形通常有锥形和阶梯形两种，如图２-９、图２-１０所示。扩展基础的构造应符合下列要求：上一页下一页返回第三节基础的类型（１）锥形基础的边缘高度，不宜小于２００ｍｍ；阶梯形基础的每阶高度，宜为３００～５００ｍｍ。（２）垫层的厚度不宜小于７０ｍｍ；垫层混凝土强度等级应为Ｃ１０。（３）扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于１０ｍｍ；间距为１００～２００ｍｍ。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于８ｍｍ；间距不大于３００ｍｍ；当有垫层时，钢筋保护层的厚度不小于４０ｍｍ；无垫层时，不小于７０ｍｍ。（４）混凝土强度等级不应低于Ｃ２０。上一页下一页返回第三节基础的类型二、基础按构造形式分类基础按构造形式可分为独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等。（一）独立基础当建筑物的承重体系采用框架结构或单层排架及刚架结构时，其基础常采用矩形单独的基础，称为独立基础。独立基础是柱下基础的基本形式，常用的形式有阶梯形、锥形等。当柱采用预制时，则基础做成杯口，然后将柱子插入，并嵌固在杯口内，所以也称杯形基础，如图２-１１所示。上一页下一页返回第三节基础的类型在墙承式建筑中，当地基承载力较弱或埋深较大时，为了节约基础材料，减少土石方工程量，加快工程进度，也可以采用独立基础，其构造是墙下设基础梁以承托墙身，基础梁支承在独立基础上，如图２-１２所示。（二）条形基础当建筑物为墙承重结构体系时，基础沿墙身下设置，做成长条形，这类基础称为条形基础或带形基础。这类基础整体性较好，可减缓局部的不均匀沉降。中小型砖混结构常采用此种形式，如图２-１３所示。当建筑采用框架结构，但地基条件较差时，为满足承载力要求，提高建筑整体性，可把柱下独立基础在一个方向上连接起来，称为柱下条形基础，如图２-１４所示。上一页下一页返回第三节基础的类型（三）井格基础当地基条件较差时，为了避免柱子之间产生不均匀沉降，提高建筑整体性，常常将柱下独立基础沿纵横两个方向扩展连接起来，形成十字交叉的井格基础，如图２-１５所示。（四）筏形基础当建筑物上部荷载大，而地基又较弱，井格基础或墙下条形基础的底面积占建筑物平面面积较大比例时，可考虑选用整片的筏板承受建筑物的荷载并传递给地基，这种基础形似筏子，故称筏形基础，也称片筏基础或筏片基础（图２-１６）。筏形基础有板式结构和梁板式结构两类。前者板的厚度较大，构造简单；后者板的厚度较小，但增加了双向梁，构造较复杂。筏形基础广泛应用于地基承载力较差或上部荷载较大的建筑中。上一页下一页返回第三节基础的类型（五）箱形基础当钢筋混凝土基础埋深很大时，为了增强建筑物整体刚度，抵抗地基的不均匀沉降，常用钢筋混凝土底板、顶板和若干纵横墙组成的空心箱体基础，即箱形基础（图２-１７）。箱形基础具有刚度大、整体性好，且内部空间可利用等优点，因此，一般适用于高层建筑或在软弱地基上建造的重型建筑。（六）桩基础当浅层地基上不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采取地基处理措施时，就应考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础，其中，桩基础应用最为广泛。上一页下一页返回第三节基础的类型桩基础的类型较多，按桩的形状与竖向受力情况可分为摩擦桩和端承桩；按桩的制作方法可分为预制桩和灌注桩，如图２-１８所示。桩基础的组成包括桩身和承台。通常，桩基是按设计的点位将桩身置于土中的，桩上的承台灌注钢筋混凝土，承台上接柱或墙体，以便于建筑荷载均匀传递给桩基，如图２-１９所示。上一页返回第四节地下室的构造一、地下室的分类（１）按地下室的使用功能，可分为普通地下室和人防地下室。普通地下室一般用作高层建筑的地下车库和设备用房，根据结构和用途需要可做成一层或多层地下室；人防地下室是结合人防要求设置的地下空间，用以安排战时的人员隐蔽和疏散，并具备保障人身安全的各项技术措施。按人防地下室的使用功能和重要程度，将人防地下室分为六级，设计时应严格遵照人防工程的有关规范进行。下一页返回第四节地下室的构造（２）按地下室底板埋深，可分为半地下室和全地下室。如图２-２０所示，半地下室埋深为１／３～１／２倍的地下室净高，有一部分露在室外地面以上，采光和通风比较容易处理。可以布置一些使用房间，如办公室、客房等。全地下室埋深为地下室净高的１／２以上。地下室全部埋入地下较深，周边环境不利，一般用作辅助房间和设备间。二、地下室的组成地下室由墙体、顶板、底板、楼（电）梯、门窗五部分组成。上一页下一页返回第四节地下室的构造１.墙体地下室的外墙不仅受上部垂直荷载作用，还应承受土体、地下水及土冻胀产生的侧压力。所以应按计算确定其最小厚度，一般其最小厚度不低于３００ｍｍ。另外，地下室墙体还应满足抗渗的要求，并且应做防潮或防水处理。２.顶板顶板可用预制板、现浇板或者预制板上作现浇层（装配整体式楼板）。若为防空地下室，应具有足够的强度和抗冲击能力，必须采用现浇板，并按有关规定决定厚度和混凝土强度等级。上一页下一页返回第四节地下室的构造３.底板地下室底板应具有良好的整体性和较好的刚度，同时，视地下水位情况做防潮或防水处理。若底板处于最高地下水位以上且无压力产生作用的可能时，可按一般地面工程处理；若底板处于最高地下水位以下时，底板不仅承受上部垂直荷载，还承受地下水的浮力荷载，此时应采用钢筋混凝土底板并双层配筋，底板下垫层上还应设置防水层，以防渗漏。４.楼（电）梯楼梯可与地面上房间结合设置，层高低或用作辅助房间的地下室，可设置单跑楼梯。防空地下室至少要设置两部楼梯通向地面的安全出口，其中必须有一个是独立的安全出口。这个安全出口周围不得有较高建筑物，以防空袭倒塌堵塞出口，影响疏散。上一页下一页返回第四节地下室的构造5.门窗普通地下室的门窗与地上房间门窗相同，地下室外窗如在室外地坪以下时，应设置采光井（图２-２１）和防护箅，以利于室内采光、通风和室外行走安全。防空地下室的门应符合相应等级的防护和密闭要求，一般采用钢门或钢筋混凝土门。防空地下室一般不允许设置窗。采光井构造如图２-２２所示。采光井的深度根据地下室窗台的高度而定，一般采光井底板顶面应比窗台低２５０～３００ｍｍ。采光井在进深方向为１０００ｍｍ左右，在开间方向应比窗宽１０００ｍｍ。采光井侧墙顶面应比室外地面标高高出２５０～３００ｍｍ，以防止地面水流入。上一页下一页返回第四节地下室的构造三、地下室的防潮、防水构造地下室的外墙和底板都埋于地下，地下水通过地下室的围护结构渗入室内，不仅影响使用，而且地下水中含有腐蚀性物质时会对结构产生腐蚀，影响其耐久性。因此，防潮和防水问题是地下室构造处理中不可忽视的重要问题。１.地下室防潮当地下水的常年水位和最高水位均在地下室底板以下时，且无形成上层滞水可能时，地下水不能侵入地下室内部，地下室底板和外墙可以做防潮处理。地下室防潮只适用于防无压水。上一页下一页返回第四节地下室的构造地下室防潮的构造要求如下：砌筑砂浆必须采用水泥砂浆砌筑，灰缝必须饱满；在外墙外侧设置垂直防潮层，防潮层做法一般为１∶２．５水泥砂浆找平、刷冷底子油一道、热沥青两道，防潮层做至室外散水底部，然后在防潮层外侧回填低渗透性土如黏土、灰土等，并逐层夯实，底宽为５００ｍｍ左右。同时，地下室所有墙体，必须设置两道水平防潮层，一道设置在地下室底层地坪附近，一般设置在结构层之间，另一道设置在室外地面散水以上１５０～２００ｍｍ的位置，如图２-２３所示。上一页下一页返回第四节地下室的构造２.地下室防水当设计地下水最高水位高于地下室底板时，底板和部分外墙将受到地下水的侵袭。外墙受到地下水的侧压力，底板受到浮力的影响，因此需要做防水处理。目前，常用的防水材料有防水混凝土、防水砂浆、防水卷材、防水涂料和膨润土防水材料等。比较常见的地下室防水措施有自防水、材料防水和弹性防水三类。（１）钢筋混凝土构件自防水。钢筋混凝土构件自防水是用防水混凝土作外墙和底板，属于刚性防水。其使得承重、围护、防水功能三者合一，这种防水措施比较简便。防水混凝土在满足抗渗等级要求的同时，还应满足抗压、抗冻和抗侵蚀性等耐久性的要求。防水混凝土外墙和底板的厚度一般均在２００ｍｍ以上，需要通过计算求得。上一页下一页返回第四节地下室的构造（２）卷材防水。材料防水是在地下室外墙和底板表面敷设防水材料（如卷材、涂料、防水砂浆等），以阻止地下水的渗入。其中，卷材是最常用的一种防水材料，属于柔性防水材料，主要包括高聚物改性沥青类防水卷材和合成高分子类防水卷材。当卷材用于建筑物地下室防水时，应铺设在结构主体底板垫层至墙体防水设防高度的结构基面上；用于单建式的地下室时，卷材防水层应从结构底板垫层铺设至顶板基面，并在结构主体外围形成整体封闭的防水层。根据卷材与墙